结构化学理论联系实际教学案例的挖掘

孟祥军，王金梅，李子春

（1. 唐山师范学院化学系，河北 唐山 063000；2. 河北正定中学，河北 石家庄 050800；3. 唐山市第二中学，河北 唐山 063000）

结构化学理论联系实际教学案例的挖掘

孟祥军1，王金梅2，李子春3

（1. 唐山师范学院化学系，河北 唐山 063000；2. 河北正定中学，河北 石家庄 050800；3. 唐山市第二中学，河北 唐山 063000）

结构化学知识抽象深奥，缺乏理论联系实际的教学案例，教学难度大。本文介绍了挖掘理论联系实际案例的途径和相应案例。

结构化学；理论联系实际；教学法；案例

结构化学课程是化学学科的基础理论课。该课程通过探讨物质的静态结构，使学生掌握微观物质运动的基本规律，获得原子、分子及晶体结构的基本理论和基础知识，了解物质的结构与性能的关系，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理。

结构化学具有两个显著特点。其一是知识原理的抽象性和逻辑性。结构化学研究的对象是微观粒子的状态和运动规律，采用的核心方法是基于“量子力学”原理的演绎法，而不是实验方法，所以既抽象深奥又逻辑性强。为此，学好结构化学需要学生不仅具备较好的专业基础，还要具备良好的数理基础（化学专业学生在这方面普遍较差）；而且需要学生具有多种思维形式（演绎思维、归纳思维、逻辑思维、抽象思维、形象思维和空间思维）。其二是知识原理多，但是学时少并且优质课程资源少。这导致结构化学教学难度很大。

由于结构化学难度大，学生自学收效甚微，所以提高结构化学的教学质量主要依赖于教师的课堂教学效果。为此，如何在有限的课堂时间里提高教学效果，降低知识的抽象性，一直是结构化学教学改革的重点。在这方面，开发理论联系实际的教学案例是重要的方法之一。由于结构化学理论是微观粒子运动的理论，生活中很难找到合适的例子，但是我们可以联系学生的学习、深造以及未来工作的实际，同样可以挖掘出大量好案例。

1 联系学生已有的知识实际，挖掘理论应用的案例

把艰深的理论用来处理学生已知的问题，给学生以新的更深层次的认识，可以降低理论的难度，保持学生的学习兴趣。

[案例1]学生学习了“原子结构理论”后，明白了原子中电子的运动状态，了解了原子结构与元素性质的关系并且能够理解元素周期律的本质，但是综合运用“原子结构理论”处理实际问题的能力不易培养。为此，在课堂上设计了如下例题。

[例题1]N、P、As、Sb、Bi元素性质从非金属元素过渡到金属元素，但是属于同一族，怎么解释？

无机课本的解释如下：N和P的次外层为8电子稳定结构，As、Sb和Bi的次外层为18电子稳定结构，18电子稳定结构对外层电子的屏蔽效应比8电子稳定结构强，所以As元素的性质接近Sb和Bi，三者称为砷亚族。

以上只是考虑了屏蔽效应的定性解释。学习了“原子结构理论”知识后，定性解释除了要考虑电子的屏蔽因素，还应考虑最外层电子离核的距离。甚至可以运用Slater规则，根据能量公式（E= -13.6 Z*2/n2）得到上述元素最外层电子轨道能的定量结果（依次为-51.7 ev、-34.8 ev、-11.0 ev、-7.0 ev和-4.9 ev）。通过这个案例使学生既掌握了理论的运用方法，又对理论的重要意义有了深刻的理解。

[案例2]学生学习了“前线轨道理论”，能够理解理论的原理和方法，但在解决实际问题时不会用。为此，在课堂上增加如下有机化学中的电环化反应实例。

[例题2]丁二烯关环反应机理；

[例题3]乙烯与乙烯的环加成反应机理；

通过处理上述熟悉的化学反应，加深了学生对理论的理解，同时培养了学生对理论的运用能力。

2 联系学生的考研实际，挖掘理论应用的案例

当前我校化学系的绝大多数学生选择考研，平时注意搜集考研试题，并在课堂教学中进行处理，可以有效地激发学生的学习兴趣，提高教学效果。现举3例如下：

[案例3] 在运用“分子轨道理论”处理分子结构和性质的教学中，选择河北大学2006年的考研题作为例题。

[例题4]按分子轨道理论写出O2分子的电子组态，并比较O2、O2+和O2-的键长及磁性。

[案例4]在讲解金属晶体的“密堆积”理论时，采用中山大学2005年的考研试题作为例题。

[例题5]试比较A1和A3这两种结构的异同。

[案例5]在运用“HMO”理论处理实际问题的授课中，采用厦门大学2002年的考研试题作为例题。

[例题6]使用HMO法推测N3+的几何构型。

3 联系学生未来工作的实际，挖掘理论应用的案例

化学系本科生毕业后主要从事中学教学工作，所以联系中学化学教学实际，从现行中学教材中挖掘理论应用的案例，有的放矢的运用所学理论，可以得到学生的普遍关注，能够有效提高教学效果。下面以高中化学选修模块五《物质结构与性质》教材为例，列举3个案例。

[案例6]运用“杂化轨道理论”解释分子结构和性质时，选择高中选修五教材中62页的实例。

[例题7]为什么C原子与H原子形成CH4，而不是CH2或CH3？CH4分子为什么具有正四面体结构？

[案例7]运用“价层电子对互斥理论”预测分子结构的教学中，选择高中选修五教材中63页的实例。

[例题8]用“价层电子对互斥理论”预测下列分子的结构：BeCl2、BF3和CH4。

[案例8]运用“配位场理论”解释配合物结构和性质的教学中，选择高中选修五教材中71页的实例。

[例题9]用“配位场理论”解释[Ag(NH3)2]+、[Zn (NH3)4]2+、[Ni(CN)4]2-和[AlF6]3-等配合物的结构。

4 联系科学研究前沿的实际，挖掘理论应用的案例

“科研进教学，教学促科研”一直是高校所提倡的做法，有利于培养学生的创新意识和能力，有利于培养学生的学习兴趣，能够有效提高教学质量。

[案例9]在“分子对称性理论”用于分子旋光性判断的教学中，为了加深学生对理论意义的理解，课堂上介绍科研热点“药物分子的不对称合成”的相关知识，同时介绍“生物体的手性特征”。

[例题10]上世纪60年代的“反应停”事件，导致多例“海豹畸形儿”出生，原因是药物“沙利度胺”的R异构体起镇定作用，而S异构体起致畸作用。进而介绍“生命是不断产生手性分子的过程”。

[案例10]采用“分子轨道理论”处理N2分子结构后，介绍科技前沿“化学模拟生物固氮”的研究现状及困难的原因。

[例题11]“化学模拟生物固氮”的研究现状及困难。

[案例11]讲解“原子结构理论”时，有些学生认为“H原子只有一个电子层”，为了澄清这一误解，介绍现代科技热点“Rydberg原子”。

[例题12]你知道什么是“Rydberg原子”吗？

虽然结构化学课程抽象深奥，缺乏理论联系实际的例子，但是只要教师勇于开拓，深入研究学科实际和学生实际，就会挖掘出适用的案例，进而有目的地运用这些案例，有效调动学生的积极性，提高教学质量。

[1] 陈光巨,李宗和.教与学的思考和实践--关于结构化学教学方法的改革[J].大学化学,1998,13(5):15-17.

[2] 陈建中,林树坤,黄长沧,李荣华,李奕.结构化学课程特色建设的实践和思考[J].大学化学,2006,21(1):17-19.

（责任编辑、校对：琚行松）

Cases Excavation of Integrating Theory with Practice in Structure Chemistry Curriculum

MENG Xiang-jun1, WANG Jin-mei2, LI Zi-chun3

(1. Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China; 2. Zhengding Senior Middle School, Shijiazhuang 050800, China; 3. Tangshan No. 2 Senior Middle School, Tangshan 063000, China)

Due to the abstract of structure chemistry knowledge and lack of cases of integrating theory with practice, it is more difficult to teach and learn. In this paper, some cases of integrating theory with practice and how to excavate them have been discussed.

structure chemistry; theory with practice; didactics; cases

G642.3

A

1009-9115(2012)02-0123-02

唐山师范学院本科教学改革项目（2007002007）

2012-01-13

孟祥军（1974-），男，河北承德人，硕士，副教授，研究方向为结构化学教学和量子化学计算。